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濾波器/諧振腔

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濾波器/諧振腔

cst　

CST微波工作室在解決濾波器問題上提供多種有效的途徑：
微波工作室的本征模求解器求解諧振頻率和相應(yīng)的本征場(chǎng)。這些結(jié)果再通過模式分析將耦合考慮進(jìn)去進(jìn)而得出整個(gè)系統(tǒng)的S參量矩陣。
時(shí)域求解器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行瞬態(tài)分析求得S參量。對(duì)于高Q值結(jié)構(gòu)，可使用自回朔濾波器功能以壓縮總的仿真時(shí)間。
1997年《歐洲微波工程雜志》所刊登的考題充分展示了CST軟件在計(jì)算復(fù)雜濾波器結(jié)構(gòu)中的精度
通過一個(gè)三柱梳狀濾波器，可以看到如何使用CST微波工作室來進(jìn)行濾波器的調(diào)協(xié)。
微波工作室的精度通過與球形諧振腔的解析結(jié)果的比較得以驗(yàn)證。

八柱梳狀濾波器 [table=90%]

共面波導(dǎo)諧振腔

cst　

K. Hettak, N. Dib, A.-F. Sheta, S. Toutain等人在"A Class of Novel Uniplanar Series Resonators and their Implementation in Original Applications," IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, vol. 46, no. 9, pp. 1270-1277, Sept. 1998中提出了一個(gè)精巧的毫米波共面諧振腔。

我們用CST微波工作室的自適應(yīng)網(wǎng)格算法對(duì)其進(jìn)行了仿真。

三維共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。計(jì)算所得阻抗：46.7Ohms

Al2O3基，e r = 9.8，高=0.252 mm
鍍金帶線厚= 3 um
帶線距地=0.1 mm
諧振腔槽寬=0.025 mm
諧振腔槽最大長(zhǎng)度=1.025 mm
諧振腔槽最小長(zhǎng)度=0.5 mm

計(jì)算結(jié)果與測(cè)量結(jié)果吻合甚佳。通過四次自適應(yīng)網(wǎng)格的迭代得到上述結(jié)果。耗時(shí)9分鐘（PII 400 MHz）

二端口介質(zhì)濾波器
cst
這里示出的是含有兩個(gè)介質(zhì)環(huán)同軸輸入輸出結(jié)構(gòu)的濾波器。兩個(gè)介質(zhì)環(huán)構(gòu)成了兩個(gè)相互耦合著的諧振腔，從而使其成為一個(gè)高Q值的帶通濾波器。我們使用CST微波工作室的時(shí)域求解器對(duì)此進(jìn)行了分析。桃色：介質(zhì)環(huán)（介電常數(shù)38），蘭色：金屬，灰色：諧振腔通帶區(qū)S參量。計(jì)算時(shí)間：15分鐘（Pentium PII 400MHz）。計(jì)算頻帶：3.5 - 6.5 GHz。自適應(yīng)濾波器的使用將計(jì)算時(shí)間縮短為三分之一。若只想考察諧振點(diǎn)，則可以采用微波工作室的本征模求解器。此時(shí)只需不到三分鐘的計(jì)算時(shí)間。 [table]
三維電場(chǎng)分布�？梢钥匆妶�(chǎng)在兩個(gè)介質(zhì)環(huán)處集中。
0度時(shí)電場(chǎng)幅值的等高圖…
45度時(shí)...
90度時(shí)

篇數(shù):1/1

濾波器調(diào)諧

cst　

速度與精度是使CST微波工作室成為復(fù)雜濾波器精調(diào)最佳工具的重要因素。微波工作室的兩個(gè)時(shí)域和本征模求解器是分析濾波器結(jié)構(gòu)的最佳組合。加之自恰的網(wǎng)格生成器和靈活的VBA功能，微波工作室不愧是濾波器設(shè)計(jì)者的法寶。.
本例給出如何用微波工作室對(duì)一個(gè)三柱梳狀濾波器進(jìn)行調(diào)諧。

本濾波器的要求為：
3階切比雪夫?yàn)V波器，帶寬=10 MHz，帶內(nèi)紋波=0.01 dB (1.100747 VSWR)，反射損耗=-26.3828 dB
將微波工作室用作“虛擬網(wǎng)絡(luò)分析儀”來檢查在給定的調(diào)諧范圍內(nèi)能否滿足設(shè)計(jì)要求。
有關(guān)這里所采用的濾波器調(diào)試過程的理論基礎(chǔ)請(qǐng)參閱以下兩篇文章：
1) Martin & Ness: "Coupling Bandwidth and Reflected Group-Delay Characterization of Microwave Bandpass Filters" Technical Feature in Applied Microwave&Wireless 1993, p. 86-98
2) John B. Ness: "A Unified Approach to the Design, Measurement, and Tuning of Coupled-Resonator Filters" IEEE Trans on Microwave Theory and Tech, Vol 46No.4 April 1998
濾波器的階數(shù)決定所謂的“歸一化g值”。在結(jié)果耦合系數(shù)或群速延遲時(shí)間時(shí)需要用到此值。
下步請(qǐng)看：諧振腔短路
或直接閱讀小結(jié)

1997年《歐洲微波工程雜志》考題：雙模濾波器

cst　

這是一個(gè)雙模濾波器。它是由歐洲宇航局（European Space Agency - ESA）設(shè)計(jì)、模擬和測(cè)量的。它在11GHz處有一個(gè)很窄的通帶。反射低于20dB。
1997年《歐洲微波工程雜志》將其作為公開考題。CST是唯一一家給出正確結(jié)果的軟件公司。反射再低于20dB幾乎是不可能的，因?yàn)榇私Y(jié)構(gòu)對(duì)尺寸十分敏感（見ESA自己的測(cè)量和仿真結(jié)果）。有限元軟件均未能給出正確的結(jié)果。

ESA仿真(虛線)和測(cè)量(實(shí)線)結(jié)果

CST仿真(實(shí)線)和KCC仿真(虛線)結(jié)果

有限元軟件的仿真結(jié)果

微帶帶阻濾波器

cst　

這里給出一個(gè)微帶帶阻濾波器S參量計(jì)算的例子。此濾波器由一條彎成方形的主微帶線和三條與之垂直相連的開路線構(gòu)成。激勵(lì)信號(hào)為一個(gè)帶寬為0到400 MHz的高斯脈沖。為對(duì)場(chǎng)的傳輸有一個(gè)直觀了解，在給定的頻點(diǎn)處設(shè)置了三維場(chǎng)記錄。由此，可以清楚地看到通帶內(nèi)的良好傳輸及阻帶內(nèi)波的全反射。

蘭色：微帶線。淺紅：介電常數(shù)為15的基片�？傞L(zhǎng)：225mm。微帶厚度：0.1mm

0到400 MHz的S參量。200到270 MHz間為阻帶

[img=300,206][/img]

表面電流：阻帶內(nèi)230 MHz

[img=300,206][/img]

表面電流：通帶內(nèi)120 MHz

二端口介質(zhì)濾波器的模式分析

cst　

這里示出的是含有兩個(gè)介質(zhì)環(huán)同軸輸入輸出結(jié)構(gòu)的濾波器。兩個(gè)介質(zhì)環(huán)構(gòu)成了兩個(gè)相互耦合著的諧振腔，從而使其成為一個(gè)高Q值的帶通濾波器。我們使用CST微波工作室的本征模求解器結(jié)合模式分析對(duì)此進(jìn)行了研究。

桃色：介質(zhì)環(huán)（介電常數(shù)38），蘭色：金屬，灰色：諧振腔

由模式分析所得的通帶內(nèi)的S參量。計(jì)算時(shí)間：2分40秒（Pentium PII 400 MHz）

4.079 GHz處第一個(gè)模式的磁場(chǎng)分布

4.079 GHz處第二個(gè)模式的磁場(chǎng)分布

4.577GHz處第三個(gè)模式的磁場(chǎng)分布。此模與上圖中的第一個(gè)峰相對(duì)應(yīng)。注意：上面的S參量是在有外部耦合的情況下計(jì)算出來的；而這里的模式則是沒有外部耦合下的結(jié)果。這是為何大約相差20 MHz的原因。

4.604GHz處第四個(gè)模式的磁場(chǎng)分布。此模與上圖中的第二個(gè)峰相對(duì)應(yīng)。同理：相差20 MHz是由于外部耦合。

球形諧振腔

cst　

一個(gè)球形空腔諧振腔的第一個(gè)模式的諧振頻率的解析解為fres = 0.4367 * c / r ，c為光速，r為球的半徑。故一個(gè)半徑為10cm的真空球腔的基模頻率為：fres= 1.30919 GHz。
CST微波工作室的本征模求解器的速度和精度在此被展示得淋漓盡致。CST專有技術(shù)－理想邊界擬合（PBA）使得曲面邊界得到最佳擬合從而得到極為精準(zhǔn)的結(jié)果，即：fres = 1.30801 GHz 。與理論解的偏差僅：0.1%。計(jì)算時(shí)間為：1分40秒。

基模電場(chǎng)分布

相應(yīng)的等高圖

球面在網(wǎng)格上的細(xì)節(jié)。網(wǎng)格可以部分填充。球面的弧度被真實(shí)用于計(jì)算中。

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